Ποια είναι η ερμηνεία της Κοπεγχάγης;

Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης είναι μια εξήγησηκβαντική μηχανική, που διατυπώθηκε από τους Niels Bohr και Werner Heisenberg το 1927 όταν οι επιστήμονες συνεργάστηκαν στην Κοπεγχάγη. Οι Bohr και Heisenberg μπόρεσαν να βελτιώσουν την πιθανότητα ερμηνείας της συνάρτησης, που διατυπώθηκε από τον Μ. Born, και προσπάθησαν να απαντήσουν σε ορισμένες ερωτήσεις, η εμφάνιση των οποίων οφείλεται στον διττισμό σωματιδίων-κύματος. Αυτό το άρθρο θα εξετάσει τις κύριες ιδέες για την ερμηνεία της Κοπεγχάγης της κβαντικής μηχανικής και την επίδρασή τους στη σύγχρονη φυσική.

Προβληματικός

Ζητήθηκαν ερμηνείες της κβαντικής μηχανικήςφιλοσοφικές απόψεις σχετικά με τη φύση της κβαντικής μηχανικής ως θεωρία που περιγράφει τον υλικό κόσμο. Με τη βοήθειά τους, ήταν δυνατό να απαντηθούν ερωτήσεις σχετικά με την ουσία της φυσικής πραγματικότητας, τη μέθοδο της μελέτης της, τη φύση της αιτιότητας και τον ντετερμινισμό, καθώς και την ουσία των στατιστικών και τη θέση της στην κβαντική μηχανική. Η κβαντική μηχανική θεωρείται η πιο συντονισμένη θεωρία στην ιστορία της επιστήμης, αλλά δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση στη βαθιά κατανόησή της. Υπάρχουν πολλές ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής και σήμερα θα ρίξουμε μια ματιά στις πιο δημοφιλείς από αυτές.

Κύριες ιδέες

Όπως γνωρίζετε, ο φυσικός κόσμος αποτελείται από κβαντικόαντικείμενα και κλασικά όργανα μέτρησης. Η αλλαγή στην κατάσταση των συσκευών μέτρησης περιγράφει μια μη αναστρέψιμη στατιστική διαδικασία αλλαγής των χαρακτηριστικών των μικρο-αντικειμένων. Όταν ένα μικρο-αντικείμενο αλληλεπιδρά με τα άτομα της συσκευής μέτρησης, η υπέρθεση μειώνεται σε μια κατάσταση, δηλαδή, η λειτουργία κύματος του αντικειμένου μέτρησης μειώνεται. Η εξίσωση Schrödinger δεν περιγράφει αυτό το αποτέλεσμα.

Όσον αφορά την ερμηνεία της Κοπεγχάγης,η κβαντική μηχανική δεν περιγράφει τα μικρο-αντικείμενα από μόνα τους, αλλά τις ιδιότητές τους, οι οποίες εκδηλώνονται στις μακρο-συνθήκες που δημιουργούνται από τυπικά όργανα μέτρησης κατά την παρατήρηση. Η συμπεριφορά των ατομικών αντικειμένων δεν μπορεί να διακριθεί από την αλληλεπίδρασή τους με όργανα μέτρησης που καταγράφουν τις συνθήκες για την προέλευση των φαινομένων.

Μια ματιά στην κβαντική μηχανική

Η κβαντική μηχανική είναι μια στατική θεωρία.Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μέτρηση ενός μικρο-αντικειμένου οδηγεί σε αλλαγή της κατάστασής του. Έτσι προκύπτει μια πιθανολογική περιγραφή της αρχικής θέσης του αντικειμένου, που περιγράφεται από τη λειτουργία κύματος. Η σύνθετη λειτουργία κύματος είναι μια κεντρική ιδέα στην κβαντική μηχανική. Η συνάρτηση κυμάτων αλλάζει σε μια νέα διάσταση. Το αποτέλεσμα αυτής της μέτρησης εξαρτάται από τη λειτουργία κύματος με πιθανοτικό τρόπο. Μόνο το τετράγωνο του συντελεστή της συνάρτησης κυμάτων έχει μια φυσική έννοια, η οποία επιβεβαιώνει την πιθανότητα ότι το υπό μελέτη μικρο-αντικείμενο βρίσκεται σε ένα συγκεκριμένο μέρος στο διάστημα.

Στην κβαντική μηχανική, ο νόμος της αιτιότηταςεκπληρώνεται σε σχέση με τη λειτουργία κύματος, η οποία αλλάζει στο χρόνο ανάλογα με τις αρχικές συνθήκες και όχι σε σχέση με τις συντεταγμένες της ταχύτητας των σωματιδίων, όπως στην κλασική ερμηνεία της μηχανικής. Λόγω του γεγονότος ότι μόνο το τετράγωνο του συντελεστή της λειτουργίας κύματος είναι προικισμένο με μια φυσική τιμή, οι αρχικές του τιμές δεν μπορούν να προσδιοριστούν κατ 'αρχήν, γεγονός που οδηγεί σε κάποια αδυναμία απόκτησης ακριβών γνώσεων σχετικά με την αρχική κατάσταση του συστήματος κβάντα.

Φιλοσοφικό υπόβαθρο

Από φιλοσοφική άποψη, η βάση της ερμηνείας της Κοπεγχάγης είναι οι επιστημολογικές αρχές:

1. Παρατηρησιμότητα. Η ουσία του έγκειται στον αποκλεισμό από τη φυσική θεωρία αυτών των δηλώσεων που δεν μπορούν να επαληθευτούν μέσω της άμεσης παρατήρησης.
2. Συμπληρωματικότητες. Υποθέτει ότι η κυματική και η σωματική περιγραφή των αντικειμένων του microworld αλληλοσυμπληρώνονται.
3. Αβεβαιότητες Λέει ότι η συντεταγμένη των μικρο-αντικειμένων και η ορμή τους δεν μπορούν να προσδιοριστούν ξεχωριστά και με απόλυτη ακρίβεια.
4. Στατικός ντετερμινισμός.Υποθέτει ότι η τρέχουσα κατάσταση ενός φυσικού συστήματος καθορίζεται από τις προηγούμενες καταστάσεις του όχι αναμφίβολα, αλλά μόνο με ένα κλάσμα της πιθανότητας εφαρμογής των τάσεων της αλλαγής που είναι εγγενείς στο παρελθόν.
5. Συμμόρφωση. Σύμφωνα με αυτήν την αρχή, οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής μετατρέπονται σε νόμους της κλασικής μηχανικής όταν είναι δυνατόν να παραμεληθεί το μέγεθος του κβαντικού της δράσης.

Οφέλη

Στην κβαντική φυσική, πληροφορίες για ατομικά αντικείμενα,που λαμβάνονται μέσω πειραματικών εγκαταστάσεων βρίσκονται σε μια ιδιαίτερη σχέση μεταξύ τους. Στις σχέσεις αβεβαιότητας του Werner Heisenberg, παρατηρείται αντίστροφη αναλογικότητα μεταξύ των ανακριβειών στον καθορισμό των κινητικών και δυναμικών μεταβλητών που καθορίζουν την κατάσταση ενός φυσικού συστήματος στην κλασική μηχανική.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της ΚοπεγχάγηςΗ ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής είναι το γεγονός ότι δεν λειτουργεί με λεπτομερείς δηλώσεις άμεσα σχετικά με τις φυσικά μη παρατηρήσιμες ποσότητες. Επιπλέον, με ελάχιστες προϋποθέσεις, δημιουργεί ένα εννοιολογικό σύστημα που περιγράφει διεξοδικά τα πειραματικά δεδομένα που είναι διαθέσιμα αυτή τη στιγμή.

Η έννοια της λειτουργίας κύματος

Σύμφωνα με την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, η λειτουργία κυμάτων μπορεί να υπόκειται σε δύο διαδικασίες:

1. Ενιαία εξέλιξη, η οποία περιγράφεται από την εξίσωση Schrödinger.
2. Μέτρηση.

Η εφαπτομενική πρώτη διαδικασία στον ακαδημαϊκό χώροπροέκυψαν αμφιβολίες από οποιονδήποτε, και η δεύτερη διαδικασία προκάλεσε συζητήσεις και οδήγησε σε μια σειρά ερμηνειών, ακόμη και στο πλαίσιο της ερμηνείας της Κοπεγχάγης της ίδιας της συνείδησης. Από τη μία πλευρά, υπάρχει κάθε λόγος να πιστεύουμε ότι η λειτουργία κύματος δεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα πραγματικό φυσικό αντικείμενο και ότι υφίσταται κατάρρευση κατά τη δεύτερη διαδικασία. Από την άλλη πλευρά, η συνάρτηση κυμάτων δεν μπορεί να λειτουργήσει ως πραγματική οντότητα, αλλά ως βοηθητικό μαθηματικό εργαλείο, ο μόνος σκοπός του οποίου είναι να παρέχει μια ευκαιρία για τον υπολογισμό της πιθανότητας. Ο Bohr τόνισε ότι το μόνο πράγμα που μπορεί να προβλεφθεί είναι το αποτέλεσμα φυσικών πειραμάτων, επομένως όλα τα δευτερεύοντα ερωτήματα δεν πρέπει να σχετίζονται με την ακριβή επιστήμη, αλλά με τη φιλοσοφία. Αναφέρει στις εξελίξεις του τη φιλοσοφική έννοια του θετικισμού, που απαιτεί από την επιστήμη να συζητά μόνο πραγματικά μετρήσιμα πράγματα.

Διπλή εμπειρία

Στο πείραμα διπλής σχισμής, το φως διέρχεται από δύοΗ σχισμή πέφτει στην οθόνη, στην οποία εμφανίζονται δύο κρόσια παρεμβολής: σκοτάδι και φως. Αυτή η διαδικασία εξηγείται από το γεγονός ότι τα κύματα φωτός μπορούν να ενισχύονται αμοιβαία σε ορισμένα μέρη και να σβήνουν αμοιβαία σε άλλα. Από την άλλη πλευρά, το πείραμα απεικονίζει ότι το φως έχει τις ιδιότητες της ροής ενός μέρους, και τα ηλεκτρόνια μπορούν να παρουσιάζουν ιδιότητες κύματος, δίνοντας έτσι ένα σχέδιο παρεμβολών.

Μπορεί να υποτεθεί ότι το πείραμα πραγματοποιείται με ρεύμαφωτόνια (ή ηλεκτρόνια) τόσο χαμηλής έντασης που μόνο ένα σωματίδιο διέρχεται από τις σχισμές κάθε φορά. Ωστόσο, κατά την προσθήκη των σημείων των φωτονίων που χτυπούν την οθόνη, το ίδιο μοτίβο παρεμβολής λαμβάνεται από τα υπέρθετα κύματα, παρά το γεγονός ότι το πείραμα αφορά υποτιθέμενα ξεχωριστά σωματίδια. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ζούμε σε ένα «πιθανό» σύμπαν στο οποίο κάθε μελλοντικό γεγονός έχει αναδιανεμημένο βαθμό πιθανότητας και η πιθανότητα ότι την επόμενη στιγμή κάτι που θα συμβεί απολύτως απρόβλεπτο είναι μάλλον μικρή.

Ερωτήσεις

Το πείραμα σχισμών θέτει τις ακόλουθες ερωτήσεις:

1. Ποιοι θα είναι οι κανόνες συμπεριφοράς για μεμονωμένα σωματίδια;Οι νόμοι της κβαντικής μηχανικής δείχνουν πού θα βρίσκονται τα σωματίδια στην οθόνη, στατιστικά. Σας επιτρέπουν να υπολογίσετε τη θέση των φωτεινών ραβδώσεων, οι οποίες είναι πιθανό να περιέχουν πολλά σωματίδια και σκοτεινές ραβδώσεις, όπου είναι πιθανό να πέσουν λιγότερα σωματίδια. Ωστόσο, οι νόμοι που διέπουν την κβαντομηχανική δεν μπορούν να προβλέψουν πού θα καταλήξει ένα μεμονωμένο σωματίδιο.
2. Τι συμβαίνει στο σωματίδιο στη στιγμή μεταξύμε εκπομπή και εγγραφή; Από τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων, μπορεί να δημιουργηθεί η εντύπωση ότι το σωματίδιο βρίσκεται σε αλληλεπίδραση και με τις δύο σχισμές. Φαίνεται ότι αυτό έρχεται σε αντίθεση με τους νόμους συμπεριφοράς ενός σημείου σωματιδίων. Επιπλέον, κατά την καταχώριση ενός σωματιδίου, γίνεται παρόμοιο.
3. Υπό την επίδραση της οποίας το σωματίδιο αλλάζει τη συμπεριφορά τουαπό στατικό σε μη στατικό και αντίστροφα; Όταν ένα σωματίδιο διέρχεται από σχισμές, η συμπεριφορά του καθορίζεται από μια μη εντοπισμένη συνάρτηση κυμάτων που διέρχεται ταυτόχρονα και από τις δύο σχισμές. Τη στιγμή της καταχώρισης ενός σωματιδίου, καταγράφεται πάντα ως πρώτο σημείο και δεν λαμβάνεται ποτέ πακέτο κυματοειδούς κύματος.

Απαντήσεις

Η θεωρία της κβαντικής ερμηνείας της Κοπεγχάγης απαντά στα ερωτήματα που τίθενται ως εξής:

1. Είναι ουσιαστικά αδύνατο να εξαλειφθεί η πιθανότητατη φύση των προβλέψεων της κβαντικής μηχανικής. Δηλαδή, δεν μπορεί να υποδείξει με ακρίβεια τον περιορισμό της ανθρώπινης γνώσης για τυχόν κρυφές μεταβλητές. Η κλασική φυσική αναφέρεται στην πιθανότητα όταν είναι απαραίτητο να περιγραφεί μια διαδικασία όπως η ρίψη ζαριών. Δηλαδή, η πιθανότητα αντικαθιστά την ελλιπή γνώση. Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης της κβαντικής μηχανικής από τους Heisenberg και Bohr, αντιθέτως, ισχυρίζεται ότι το αποτέλεσμα των μετρήσεων στην κβαντική μηχανική είναι ουσιαστικά μη ντετερμινιστικό.
2. Η Φυσική είναι μια επιστήμη που μελετά τα αποτελέσματαδιαδικασίες μέτρησης. Δεν είναι σωστό να σκεφτούμε τι συμβαίνει ως αποτέλεσμα αυτών. Σύμφωνα με την ερμηνεία της Κοπεγχάγης, οι ερωτήσεις σχετικά με το πού βρισκόταν το σωματίδιο πριν από τη στιγμή της καταχώρισής του, και άλλες τέτοιες κατασκευές δεν έχουν νόημα, και ως εκ τούτου πρέπει να εξαιρεθούν από τις σκέψεις.
3. Η πράξη της μέτρησης οδηγεί σε άμεση κατάρρευσηλειτουργία κυμάτων. Κατά συνέπεια, η διαδικασία μέτρησης επιλέγει τυχαία μόνο μία από τις δυνατότητες που επιτρέπει η λειτουργία κύματος μιας δεδομένης κατάστασης. Και για να αντικατοπτρίζει αυτήν την επιλογή, η λειτουργία κύματος πρέπει να αλλάξει αμέσως.

Η διατύπωση

Η διατύπωση της ερμηνείας της Κοπεγχάγης τοη αρχική μορφή έχει γεννήσει πολλές παραλλαγές. Το πιο συνηθισμένο από αυτά βασίζεται στην προσέγγιση των συνεπών γεγονότων και στην έννοια της κβαντικής αποκωδικοποίησης. Το Decoherence σάς επιτρέπει να υπολογίζετε το ασαφές όριο μεταξύ των μακρο- και των μικρο-κόσμων. Οι υπόλοιπες παραλλαγές διαφέρουν στον βαθμό του «ρεαλισμού του κόσμου των κυμάτων».

Κριτική

Η πληρότητα της κβαντικής μηχανικής (απάντησηΟι Heisenberg και Bohr στην πρώτη ερώτηση) ρωτήθηκαν σε ένα πείραμα σκέψης που διεξήχθη από τους Einstein, Podolsky και Rosen (παράδοξο EPR). Έτσι, οι επιστήμονες ήθελαν να αποδείξουν ότι η ύπαρξη κρυφών παραμέτρων είναι απαραίτητη, ώστε η θεωρία να μην οδηγεί σε στιγμιαία και μη τοπική «δράση μακράς εμβέλειας». Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της επαλήθευσης του παράδοξου EPR, το οποίο κατέστη δυνατό από τις ανισότητες του Bell, αποδείχθηκε ότι η κβαντική μηχανική είναι σωστή και ότι διάφορες θεωρίες κρυφών παραμέτρων δεν έχουν πειραματική επιβεβαίωση.

Αλλά η πιο προβληματική ήταν η απάντηση των Heisenberg και Bohr στο τρίτο ερώτημα, το οποίο έθεσε τις διαδικασίες μέτρησης σε μια ειδική θέση, αλλά δεν καθορίζει την παρουσία διακριτικών χαρακτηριστικών σε αυτές.

Πολλοί επιστήμονες, τόσο φυσικοί όσο και φιλόσοφοι,αρνήθηκε κατηγορηματικά να αποδεχθεί την ερμηνεία της κβαντικής φυσικής από την Κοπεγχάγη. Ο πρώτος λόγος ήταν ότι η ερμηνεία των Heisenberg και Bohr δεν ήταν ντετερμινιστική. Και το δεύτερο είναι ότι εισήγαγε μια αόριστη έννοια της μέτρησης που μετέτρεψε τις πιθανότητες σε αξιόπιστα αποτελέσματα.

Ο Αϊνστάιν ήταν πεπεισμένος ότι η περιγραφή του φυσικούΗ πραγματικότητα, που δίνεται από την κβαντική μηχανική όπως ερμηνεύεται από τους Heisenberg και Bohr, είναι ελλιπής. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, βρήκε ένα κομμάτι λογικής στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης, αλλά τα επιστημονικά του ένστικτα αρνήθηκαν να το αποδεχτούν. Επομένως, ο Αϊνστάιν δεν μπόρεσε να εγκαταλείψει την αναζήτηση μιας πληρέστερης έννοιας.

Στην επιστολή του προς τον Born, ο Einstein είπε:"Είμαι βέβαιος ότι ο Θεός δεν ρίχνει τα ζάρια!" Ο Niels Bohr, σχολιάζοντας αυτή τη φράση, είπε στον Αϊνστάιν να μην πει στον Θεό τι να κάνει. Και στη συνομιλία του με τον Αβραάμ Πις, ο Αϊνστάιν αναφώνησε: "Πιστεύεις πραγματικά ότι το φεγγάρι υπάρχει μόνο όταν το κοιτάς;"

Ο Erwin Schrödinger εφηύρε ένα πείραμα σκέψης μεμε την οποία ήθελε να δείξει την κατωτερότητα της κβαντικής μηχανικής κατά τη μετάβαση από τα υποατομικά συστήματα σε μικροσκοπικά. Ταυτόχρονα, η αναγκαία κατάρρευση της λειτουργίας των κυμάτων στο διάστημα θεωρήθηκε προβληματική. Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η στιγμιαιότητα και η ταυτότητα έχουν νόημα μόνο για έναν παρατηρητή που βρίσκεται στο ίδιο πλαίσιο αναφοράς. Έτσι, δεν υπάρχει χρόνος που θα μπορούσε να γίνει ο ίδιος για όλους, πράγμα που σημαίνει ότι η άμεση κατάρρευση δεν μπορεί να προσδιοριστεί.

Διαδώστε

Μια ανεπίσημη έρευνα που πραγματοποιήθηκε σε ακαδημαϊκούς χώρουςτο 1997, έδειξε ότι η προηγουμένως κυρίαρχη ερμηνεία της Κοπεγχάγης, που συζητήθηκε εν συντομία, υποστηρίζεται από λιγότερους από τους μισούς ερωτηθέντες. Ωστόσο, έχει περισσότερους υποστηρικτές από άλλες ερμηνείες ξεχωριστά.

Εναλλακτική λύση

Πολλοί φυσικοί είναι πιο κοντά σε μια άλλη ερμηνεία.κβαντική μηχανική, η οποία ονομάζεται "κανένας". Η ουσία αυτής της ερμηνείας εκφράζεται εξαντλητικά στη δικτατορία του David Mermin: «Σκάσε και υπολογίστε!», Το οποίο συχνά αποδίδεται στον Richard Feynman ή τον Paul Dirac.